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pte20210121019 Medizin/Wellness, Forschung/Entwicklung

Große Synapsen für höhere Signalübertragung

Besseres Verständnis zur Funktionsweise des Gehirns und zu neurologischen Erkrankungen


Größe der Synapsen in Großhirnrinde entscheidend (Bild: Kristian Herrera)
Größe der Synapsen in Großhirnrinde entscheidend (Bild: Kristian Herrera)

Zürich (pte019/21.01.2021/11:30) - Die Signalübertragung zwischen den Nervenzellen ist umso stärker, je größer eine Synapse ist. Das haben Forscher der Universität Zürich http://uzh.ch und der ETH Zürich (ETHZ) http://ethz.ch herausgefunden. Diese Erkenntnis ermöglicht ein besseres Verständnis zur Funktionsweise des Gehirns und wie neurologische Erkrankungen entstehen.

Elektronenmikroskop im Einsatz

Als erstes haben die Neurowissenschaftler charakterisiert, wie stark die Synapsenströme zwischen zwei verbundenen Nervenzellen sind. Dazu fertigten sie hauchdünne Schnitte eines Mausgehirns an und führten unter dem Mikroskop feine Glaselektroden in zwei benachbarte Nervenzellen der Großhirnrinde ein. Damit konnten sie eine der beiden Nervenzellen künstlich aktivieren und gleichzeitig die Stärke des resultierenden Synapsenstroms in der anderen Zelle messen. Zudem injizierten sie in beide Neuronen einen Farbstoff, um ihre verästelten Zellfortsätze im Lichtmikroskop dreidimensional zu rekonstruieren.

Da Synapsen winzig sind, kam ein Elektronenmikroskop zum Einsatz, um die neuronalen Kontaktpunkte zu erkennen und exakt zu vermessen. Die Experten markierten zuerst in den lichtmikroskopischen Rekonstruktionen alle Berührungspunkte zwischen dem Zellfortsatz der aktivierten Zelle, der das Signal weiterleitet sowie in den Zellfortsätzen der Zelle, die den Synapsenstrom empfangen. Anschließend identifizierten sie sämtliche Synapsen zwischen den beiden Nervenzellen unter dem Elektronenmikroskop. Die Größe der Synapsen korrelierten sie dann mit den zuvor gemessenen Synapsenströmen.

Informationsübertragung messbar

Dieser Zusammenhang lässt sich laut den Schweizer Wissenschaftlern gezielt nutzen, um anhand der gemessenen Synapsengröße abzuschätzen, wie stark die Informationsübertragung ist. "Damit können zukünftig die Schaltkreise der Großhirnrinde mithilfe von Elektronenmikroskopie exakt kartografiert und deren Informationsfluss am Computer simuliert und interpretiert werden", erklärt Hauptautor Gregor Schuhknecht. Diese Arbeiten ermöglichen ein besseres Verständnis, wie das Hirn normalerweise funktioniert und wie "Verdrahtungsdefekte" zu neurologischen Entwicklungsstörungen führen können, heißt es.

(Ende)
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